[发明专利]确定模型水轮机转轮叶片头部空化的声学方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种确定模型水轮机转轮叶片头部空化发生的声学方法。

背景技术：随着对水轮机内特性研究的进一步深入及用户对水轮机稳定性要求的逐步提高，保证水轮机特别是巨型水轮机在无空化状态下，特别是转轮叶片头部处无空化状态下，安全稳定运行已成为考核机组运行状态的一项重要指标。

鉴于在目前的技术水平下，根本无法在现场确定水轮机转轮叶片头部处的空化现象何时发生。只能够在模型水轮机上对转轮叶片头部处的空化现象进行研究。传统的研究方法为通过布置在模型水轮机导叶与转轮间的专用设备观察模型水轮机转轮叶片头部处是否有连续气泡产生，如果有，则表明模型水轮机转轮叶片头部处有空化发生，否则，则未发生转轮叶片头部空化。由于该方法只能依靠目测，没有一个统一的可以量化的标准，致使模型水轮机转轮叶片头部处空化的确定随着观测者及观测位置的不同而产生很大的差异，从而影响到对转轮叶片头部空化的确定。因此迫切需要一种可以完全利用测量数据来判定模型水轮机转轮叶片头部处空化何时发生的方法。

发明内容：本发明要解决的技术问题是提供一种能够采用计算机程序确定模型水轮机转轮叶片头部处空化的声学方法。本发明的技术方案是：一种确定模型水轮机转轮叶片头部处空化的声学方法，

1）启动模型水轮机试验系统；

2）调整模型水轮机运行工况，使模型水轮机转轮叶片头部处于未空化状态；

3）保持模型水轮机运行工况稳定，对水声信号进行采集；

4）建立模型水轮机水声信号截取后的时间序列：

x(n)＝s(n)W(n)

式中：

x(n)为模型水轮机水声信号截取后的时间序列；

s(n)为模型水轮机水声信号采样后的时间序列；

W(n)为窗函数；

5）计算模型水轮机水声信号的频谱：

Sxx=2ΔtN|X*(k)X(k)|]]>

式中：

S_xx为模型水轮机水声信号的功率谱；

Δt为模型水轮机水声信号的采样时间间隔；

N为模型水轮机水声信号的采样数；

X(k)为对x(n)进行傅立叶变换后的频谱函数，

WNkn=e-j2πkn/N;]]>

k＝0,1,2,3,4,…，N；

X^*(k)为X(k)的共轭频谱函数，

6）利用一次分段函数来表示水声功率谱中低频能量与高频能量的分布趋势，具体方法如下：

在水轮机水声信号的功率谱中，能量的变化趋势是连续的，且低频区域呈现出随着水声频率的升高能量值陡降的趋势，而在高频区域能量值随着水声频率的升高而降低的幅度则要小得多，低频区域与高频区域之间存在着一个明显的交界点，将水轮机水声信号的功率谱中高低频区域能量随水声频率的变化趋势采用最小二乘法拟合的一次分段函数来拟合，则该一次分段函数可表示为：